DE4412889A1

DE4412889A1 - Laser-reflective monitor, to optimise any solid sepn.

Info

Publication number: DE4412889A1
Application number: DE19944412889
Authority: DE
Inventors: Werner Prof Dr Ing Stahl; Christoph Dipl Ing Stadager
Original assignee: Sulzer Escher Wyss AG; Escher Wyss AG; Krauss Maffei AG
Current assignee: Krauss Maffei Process Technology AG
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2014-04-15
Also published as: DE4412889C2

Abstract

The laser source (6) transmits waves (31,12); the beam (32), is directed by the lens (34) and aperture (36) system. After the rays (12) are reflected from a fluid surface (7) they are measured and interpreted. Above the monitored surface (7), the light sensitive detector (25) at the focus (56), of the receiver (8), measures the reflections. To amplify the peaks of the signal, a rippler (38) makes waves on the fluid surface (7,9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung einer Fest-Flüssig-Trenneinrichtung insbesondere zur Abtrennung einer Flüssigkeit aus einer Suspension gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement for monitoring a Solid-liquid separation device, especially for separation a liquid from a suspension according to the Oberbe handle of claim 1.

Zur Abscheidung von Feststoffen aus Flüssigkeiten im großtechnischen Maßstab sind Filtrations- und Sedimenta tionsverfahren gebräuchlich. Dabei erfolgt ein Flüssig keitsdurchsatz durch ein poröses Haufwerk, dem Filterku chen, der aus den einzelnen Feststoff-Partikeln gebildet wird und zunächst noch voll mit Flüssigkeit gefüllt ist. Während für manche Anwendungsfälle die Gewinnung einer feststofffreien, flüssigen Phase, beispielsweise in Filter prozessen oder in Kläreindickern, ausreicht, schließt sich bei den überwiegenden Aufbereitungsverfahren an die Kuchen bildung eine weitergehende Entfeuchtung des Filterkuchens an. Diese Entfeuchtung des Filterkuchens, die vereinfacht auch als Entwässerung bezeichnet wird, kann durch Abdrai nieren in filtrierenden Zentrifugen, in Schwingsieben oder in Schwingringen durch Druck- oder Vakuumfiltration auf Band-, Scheiben-, Trommelfiltern oder Nutschen durchgeführt werden.For separating solids from liquids in The industrial scale is filtration and sedimenta tion process in use. This creates a liquid throughput through a porous heap, the filter ku chen, which is formed from the individual solid particles and is initially full of liquid. While for some applications the extraction of a solid-free, liquid phase, for example in filters processes or in clarifying thickeners, is sufficient in the majority of the preparation processes for the cakes formation a further dehumidification of the filter cake at. This dehumidification of the filter cake that simplifies also known as drainage can be caused by Abdrai kidneys in filtering centrifuges, in vibrating sieves or in vibrating rings by pressure or vacuum filtration Belt, disc, drum filters or Nutsche performed become.

Eine effiziente Fest-Flüssig-Trennung erfordert eine opti male Auslastung der Trennapparate. Was wiederum eine Mes sung der Verfahrensparameter sowie eine Regelung des Verfah rensablaufs voraussetzt. Apparate, die bei optimaler Aus lastung betrieben werden, arbeiten häufig an den Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung sich die Trennwirkung rapide verschlechtert oder der Trennvorgang außer Kontrolle gerät. Eine Messung der Verfahrensparameter zur Regelung des Verfahrensablaufs im Apparat ist daher Voraussetzung zum Betrieb des Trennapparats bei optimaler Auslastung.Efficient solid-liquid separation requires opti Male utilization of the separators. Which in turn is a measurement solution of the process parameters and a regulation of the process presupposes the course of the race. Apparatus that, when optimally off are often operated on the Load limits, when exceeded the Separation effect deteriorates rapidly or the separation process gets out of control. A measurement of the process parameters to regulate the process flow in the apparatus is therefore Prerequisite for the operation of the separator with optimal Workload.

Bekannt sind Trennverfahren, bei denen die Kuchenhöhe gemes sen wird und schleifende Feuchtemesser zur Regelung des Vo lumenstroms des Aufgabegutes, der Länge der Sedimentations zone sowie der Drehzahl einer Antriebstrommel dienen (Auf bereitungs-Technik Nr. 4/1979 Seite 194).Separation processes are known in which the cake height is measured and grinding moisture meter to regulate the Vo lumen flow of the feed material, the length of the sedimentation zone and the speed of a drive drum (up preparation technology No. 4/1979 page 194).

Die Nachteile derartiger Meßfühler, die beispielsweise bei Bandfiltern angewandt werden können, sind eine häufige Ver schmutzung, eine Kornzerstörung und ein schneller Verschleiß infolge der Relativbewegung zwischen Meßfühler und Filter kuchen. Eine Regelung des Trennverfahrens ist folglich störanfällig und gewährleistet nur in begrenztem Umfang einen optimalen Verfahrensablauf.The disadvantages of such sensors, for example Band filters can be applied are a common ver dirt, grain destruction and rapid wear due to the relative movement between the sensor and filter cake. A regulation of the separation process is consequently susceptible to failure and only guaranteed to a limited extent an optimal process flow.

Für Trennverfahren mit einem durch Zentrifugalbeschleuni gung gebildeten Filterkuchen sind schleifende Meßfühler we gen der Rotationsgeschwindigkeit wenig geeignet.For separation processes with a centrifugal accelerator The filter cakes formed are grinding sensors not very suitable for the speed of rotation.

Ein Verfahren zur Überwachung einer Fest-Flüssig-Trennung eines Stoffgemisches ist aus der DE 35 15 915 A1 bekannt. Hier wird das Schleudergut mit diffusem Licht bestrahlt und der Helligkeitsgrad des reflektierten Lichts gemessen. Bei großer bzw. kleiner Helligkeit wird das Schleuderprogramm weitergeschaltet bzw. unterbrochen. Bei derartigen Verfah ren ist ein Nachteil, daß bei verminderter, gemessener Hel ligkeit durch Staub, Wasserdampf oder andere Faktoren Feh ler in der Auswertung entstehen. A method of monitoring solid-liquid separation a mixture of substances is known from DE 35 15 915 A1. Here, the centrifuged material is irradiated with diffuse light and measured the degree of brightness of the reflected light. At The spin program will be high or low brightness switched on or interrupted. In such a procedure ren is a disadvantage that with reduced, measured Hel dust, water vapor or other factors arises in the evaluation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur berührungslosen Überwachung von Fest-Flüssig- Trenneinrichtungen, insbesondere für filtrierende Zentrifu gen, wie kontinuierliche Schubzentrifugen oder diskontinu ierliche Schälzentrifugen oder für kontinuierliche oder diskontinuierliche Vakuum- und Druckfilter zu schaffen, die auch bei vorhandenen Schwebeteilchen in der Luft über dem Filterkuchen zuverlässig arbeitet und neben Flüssigkeit und Feststoff auch Schaum erkennen kann.The invention has for its object a Arrangement for the contactless monitoring of solid-liquid Separators, especially for filtering centrifuges conditions, such as continuous pusher centrifuges or discontinuous or peel centrifuges or for continuous or to create discontinuous vacuum and pressure filters that even if there are suspended particles in the air above the Filter cake works reliably and in addition to liquid and Solid can also recognize foam.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by an arrangement the characterizing features of claim 1 solved.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil dungen sind in den Unteransprüchen und in der Figurenbe schreibung enthalten.Practical and advantageous refinements and training are in the dependent claims and in the figure include writing.

Nach einem Grundgedanken der Erfindung wird die Oberfläche eines Feststoffkuchens oder Filterkuchens durch ein gerich tetes Strahlenbündel kontinuierlich abgetastet, um den Zeitpunkt oder den Ort zu erfassen, an dem während der kon tinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung einer Sus pension oder auch einer Waschflüssigkeit und Filtration die Oberfläche der Suspensionsschicht, die auch als freie Flüssigkeit bezeichnet wird, gerade in den Filterkuchen eindringt.According to a basic idea of the invention, the surface a solid cake or filter cake through a dish continuously scanned beam of rays around the To record the time or the place at which during the con continuous or discontinuous feeding of a sus pension or a washing liquid and filtration the Surface of the suspension layer, also called free Liquid is referred to, just in the filter cake penetrates.

Erfindungsgemäß wird auf die Oberfläche eines sich während der Fest-Flüssig-Trennung bildenden Filterkuchens ein ge richtetes Strahlenbündel elektromagnetischer Wellen ge richtet und ein an der Oberfläche des Filterkuchens oder an der Flüssigkeit spiegelnd reflektiertes Strahlenbündel elektromagnetischer Wellen gemessen. Über das Signal und die Signalform der Reflexionsmessung wird somit ein Flüssigkeitsspiegel auf dem Filterkuchen, eine Schaum schicht, oder eine flüssigkeitsfreie Filterkuchenoberfläche angezeigt und der Zeitpunkt oder der Ort des Eintritts des Flüssigkeitsspiegels in den Filterkuchen erfaßt.According to the invention, the surface is covered during a the solid-liquid separation-forming filter cake a ge directed beam of electromagnetic waves sets up and on the surface of the filter cake or the liquid is reflected in a reflecting beam measured electromagnetic waves. About the signal and the waveform of the reflection measurement is thus a Liquid level on the filter cake, a foam layer, or a liquid-free filter cake surface displayed and the time or place of entry of the Liquid level detected in the filter cake.

Bei normalem Betrieb eines Filterapparates oder einer Zen trifuge sind auf der Flüssigkeitsoberfläche durch Vibration oder Erschütterung immer Wellen vorhanden. Zur deutlicheren Ausprägung der Signale kann auch eine Einrichtung zur Er zeugung von Wellen vorgesehen sein. Diese Wellen haben zur Folge, daß das reflektierte, gerichtete Strahlenbündel den Empfänger nur dann trifft, wenn das gerichtete Strah lenbündel an einem ganz bestimmten Punkt der Welle reflek tiert wird. Diese Impulse im zeitlichen Signallauf sind charakteristisch für das Vorhandensein einer Flüssigkeit. Ist auf der Flüssigkeit ein Schaum vorhanden, so sieht man ebenfalls im Signalverlauf Peaks, die allerdings verbrei tert und unregelmäßiger sind. Zur Auswertung wird also nur noch die Form eines Signals benötigt. Der Vergleich mit der Helligkeit eines zweiten Signals entfällt. Schwebeteilchen und andere Partikel in der Luft schwächen das Signal zwar ab, führen aber nicht zu Fehlmessungen, da die gepulste Si gnalform unverändert bleibt.During normal operation of a filter device or a Zen trifuge are on the liquid surface by vibration or vibration always present waves. For the clearer A characteristic of the signals can also be a device for Er generation of waves may be provided. These waves have to Consequence that the reflected, directed bundle of rays Receiver only hits when the aimed beam len bundle at a specific point on the wave reflec is tiert. These impulses in the temporal signal run are characteristic of the presence of a liquid. If there is a foam on the liquid, you can see also peaks in the signal curve, but they are spreading tert and more irregular. So for evaluation only still needs the shape of a signal. The comparison with the The brightness of a second signal is eliminated. Suspended particles and other particles in the air weaken the signal from, but do not lead to incorrect measurements, since the pulsed Si gnalform remains unchanged.

Indem die Filterkuchenoberfläche kontinuierlich kontrol liert wird und die Meßwerte einer Anzeige- und/oder einer Auswerteeinheit zugeführt werden, besteht die Möglichkeit einer Regelung eines Trennverfahrens.By continuously checking the filter cake surface is measured and the measured values of a display and / or Evaluation unit can be fed, there is the possibility a regulation of a separation procedure.

Bei Schubzentrifugen ermöglicht die Anwendung des erfin dungsgemäßen Überwachungsverfahrens ein rechtzeitiges Er kennen des Flutens. Schubzentrifugen können infolgedessen ergebnisabhängig am Flutpunkt mit einem Minimum an Sicher heitsspielraum betrieben werden. In vorteilhafter Weise ist eine derartige Verfahrensoptimierung mit einem erhöhten Durchsatz, einer verbesserten Trennleistung und einem störungsarmen Filterkuchenabwurf verbunden. With push centrifuges, the use of the erfin monitoring procedure according to the timely Er know the flood. As a result, pusher centrifuges can depending on the result at the flood point with a minimum of certainty be operated. It is advantageous such a process optimization with an increased Throughput, improved separation performance and one low-noise filter cake discharge connected.

Bei den diskontinuierlichen Schälzentrifugen wird über das Erkennen des Flüssigkeitseintritts-Zeitpunktes eine ergeb nisabhängige Steuerung der Zyklenzeiten ermöglicht. Dies ist auch bei der Steuerung von diskontinuierlichen Vakuum- und Druckfiltern möglich. Die Überwachung des Ortes des Flüssigkeitseintauchpunktes bei kontinuierlichem Vakuum- oder Druckfiltern kann zur Steuerung von Betriebsparametern wie Druck, Vakuum, Drehzahl, Suspensions- oder Waschflüssig keitszulauf herangezogen werden.In the discontinuous peeler centrifuges, the Recognize the fluid entry time control of the cycle times possible. This is also in the control of discontinuous vacuum and Pressure filtering possible. Monitoring the location of the Liquid immersion point with continuous vacuum or Pressure filters can be used to control operating parameters such as pressure, vacuum, speed, suspension or washing liquid be taken into account.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Aussendung des gerich teten Strahlenbündels kann in einer besonders einfachen Ausführungsform aus einer Glühlampe bestehen, deren Licht strahlen durch ein System von Blenden und Linsen zu einem gerichteten Strahlenbündel komprimiert werden und auf die Filterkuchenoberfläche gerichtet sind. Zur Messung des re flektierten Strahlenbündels ist ein lichtempfindliches Bau element in dem Strahlengang des reflektierten Strahlenbün dels angeordnet. Bei Suspensionen aus stark absorbierenden Feststoffkomponenten, wie beispielsweise Kohlepartikel, und hochreflektierenden Flüssigkeiten, z. B. Wasser, können Meßsignale erhalten werden, die den Eintritt des Wasser spiegels in den Filterkuchen deutlich ausweisen. Da die Lichtstrahlen an den Oberflächenwellen der im kleineren Maßstab glatten Wasseroberfläche sehr gut reflektiert wer den und abhängig von der Wellenbewegung die Fotozelle tref fen, von der Kohlefilterkuchenoberfläche jedoch konstant schwach reflektiert werden, zeigt die Meßsignalaufzeichnung den Eintritt durch einen deutlichen Wechsel der Signalform an.An inventive arrangement for sending out the court teten beam can be in a particularly simple Embodiment consist of an incandescent lamp whose light shine through a system of shutters and lenses into one directed beams are compressed and on the Filter cake surface are directed. To measure the right reflected beam is a light-sensitive structure element in the ray path of the reflected ray beam arranged. For suspensions made of highly absorbent Solid components, such as carbon particles, and highly reflective liquids, e.g. B. water can Measurement signals are obtained which indicate the entry of the water clearly show the level in the filter cake. Since the Light rays on the surface waves of the smaller one Scale smooth water surface very well reflected who and, depending on the wave motion, hit the photocell fen, but constant from the carbon filter cake surface are weakly reflected, the measurement signal recording shows the entry by a clear change in the signal form at.

Wesentlich vorteilhafter ist jedoch eine Anordnung mit ei ner Laserlichtquelle, beispielsweise einem Halbleiterlaser, dessen einfallender Strahl im spitzen Winkel zur Flächen senkrechten, dem Einfallslot im Einfallspunkt, auf die Sus pensions- oder Filterkuchenoberfläche gerichtet ist, dessen reflektierte Strahlen mit Hilfe einer Spiegelanordnung auf ein lichtempfindliches Bauelement umgelenkt werden. Eine Laser-Reflexions-Messung ist aufgrund der äußerst geringen Divergenz der Laserstrahlen gegenüber Abstandsänderungen zwischen Meßaufnehmer und bestrahlter Oberfläche weitgehend unabhängig. Das gleiche gilt für Änderungen der Filterku chenstärke, die während des Filtrierprozesses unumgänglich sind.However, an arrangement with egg is much more advantageous ner laser light source, for example a semiconductor laser, its incident beam at an acute angle to the surface perpendicular, the plumb line at the point of incidence, to the Sus pensions- or filter cake surface is directed, the reflected rays using a mirror arrangement a light-sensitive component can be deflected. A Laser reflection measurement is due to the extremely low Divergence of the laser beams against changes in distance largely between sensor and irradiated surface independently. The same applies to changes to the filter ku strength that is inevitable during the filtration process are.

Ein Spiegel ist nahe dem Laser in einem Winkel von ca. 45 Grad zum Laserstrahl montiert und mit einer Bohrung verse hen, die dem Laserstrahlquerschnitt entspricht oder etwas größer ist. Der Spiegel ist justierbar und wird fixiert, wenn der Laserstrahl mit einem Einfallswinkel von wenigen Grad, also geringfügig vom Einfallslot abweichend, auf die Filterkuchenoberfläche gerichtet ist. Der reflektierte La serstrahl trifft nahe der Bohrung auf die Spiegelober fläche, wird in paralleler Richtung in einem Linsensystem, beispielsweise einer Sammellinse, gebündelt und trifft auf einen Fotodetektor, beispielsweise eine Silizium-Fotodio de, die im Brennpunkt der Sammellinse verstellbar angeord net ist. Zweckmäßigerweise ist vor dem Fotodetektor ein Graufilter zur Einstellung des Meßbereiches angeordnet. Zur Vermeidung von Meßfehlern ist es sinnvoll, die Fotodiode gegen ein aus der Umgebung einfallendes Licht abzuschirmen und beispielsweise mit einer schwarzen Abdeckung zu verse hen.A mirror is close to the laser at an angle of approximately 45 Mounted straight to the laser beam and verse with a hole hen that corresponds to the laser beam cross section or something is bigger. The mirror is adjustable and is fixed, if the laser beam with an angle of incidence of a few Degrees, so slightly different from the ingenuity, to the Filter cake surface is directed. The reflected La serstrahl hits the top of the mirror near the hole surface, is in a parallel direction in a lens system, for example a converging lens, bundled and strikes a photodetector, for example a silicon photodio de, which is arranged adjustable in the focal point of the converging lens is not. It is useful to have one in front of the photodetector Gray filter arranged to adjust the measuring range. For Avoiding measurement errors, it makes sense to use the photodiode shield against light from the surroundings and for example with a black cover to verse hen.

Die Anordnung von Linsen oder Linsensystemen im Strahlen gang der reflektierten Strahlen ist sinnvoll, um eine auf spreizende oder auch bündelnde Reflexion des Laserstrahls an einer glatten aber infolge der Rotationsbewegung parabo loid geformten Suspensionsoberfläche auszugleichen. The arrangement of lenses or lens systems in the beam path of the reflected rays makes sense to get one on spreading or bundling reflection of the laser beam on a smooth but parabo due to the rotational movement to compensate for the loid-shaped suspension surface.

Zur Anzeige des Zeitpunktes, an dem die Suspensionsober fläche in den Filterkuchen eintritt, kann ein Schreiber eingesetzt werden, bei dem die Meßspannung über der Zeit aufgetragen wird. Um die Trägheit eines derartigen Schrei bers zu umgehen und eine höhere Empfindlichkeit bei der An zeige zu erreichen, sollte ein Oszillograph verwendet wer den, bei dem die reflektierten Laserstrahlen als Peaks an gezeigt werden.To display the time at which the upper suspension a clerk can enter the filter cake be used in which the measuring voltage over time is applied. To the indolence of such a cry to avoid and a higher sensitivity in the approach show, an oscillograph should be used the one in which the reflected laser beams appear as peaks to be shown.

Zweckmäßigerweise ist die erfindungsgemäße Anordnung als kleiner, kompakter Meßaufnehmer ausgebildet und zum Einbau in Trennapparate, insbesondere in eine Schubzentrifuge, ge eignet. Die Anordnung ist mit einem wasserdichten Gehäuse, mit einer Schutzvorrichtung vor Suspensionsspritzern und mit einer Spülvorrichtung versehen, um Verschmutzungen der Empfängeroptik zu vermeiden. Als Spritzschutz kann auch ein Filter, welches außerdem Tages- und Infrarotlicht abfil tert, verwendet werden.The arrangement according to the invention is expediently as Small, compact sensor designed and for installation in separators, especially in a pusher centrifuge, ge is suitable. The arrangement is with a waterproof case, with a protective device against suspension splashes and provided with a flushing device to prevent contamination of the Avoid receiver optics. A splash guard can also be used Filter, which also filters daylight and infrared light tert can be used.

Eine weitere Ausführungsform sieht die Verwendung eines Lichtleiters, beispielsweise einer Lichtfaser vor. Eine derartige Anordnung ist bevorzugt bei Trennapparaten mit begrenzten Einbaumöglichkeiten für eine Meßanordnung anzu wenden, da eine Laserdiode außerhalb der Trenneinrichtung angeordnet und mit einem nach innen verlegten Lichtleiter verbunden werden kann. Bei Verwendung einer Lichtfaser ist es vorteilhaft, daß diese so gebogen werden kann, daß der austretende Laserstrahl senkrecht zur Empfangsvorrichtung auf die Filterkuchenoberfläche gerichtet sein kann. Another embodiment provides for the use of a Optical fiber, for example an optical fiber. A such an arrangement is preferred with separators limited installation options for a measuring arrangement as there is a laser diode outside the separator arranged and with an internal light guide can be connected. When using an optical fiber it is advantageous that this can be bent so that the emerging laser beam perpendicular to the receiving device can be directed to the filter cake surface.

In einer besonders bevorzugten Anordnung wird nach dem Prinzip der direkten Be- und Rückstrahlung eine Reflexions messung mit einem großflächigen, strahlungsempfindlichen Bauteil, beispielsweise einer großflächigen Silizium-Foto diode oder einem Fotodiodenarray durchgeführt. Die Totzonen des Fotodiodenarrays liegen unter dem Laserstrahldurchmes ser. Sinnvoll ist die Anordnung einer besonders kleinen La serdiode, die beispielsweise mit einer Kollimatoroptik ver sehen ist. Die Laserdiode kann direkt hinter dem Fotodio denarray angeordnet sein, welches zweckmäßigerweise mit ei nem mittig angeordneten Laserstrahldurchgang versehen ist.In a particularly preferred arrangement, according to the Principle of direct radiation and reflection a reflection measurement with a large, radiation-sensitive Component, for example a large-area silicon photo diode or a photodiode array. The dead zones of the photodiode array are below the laser beam diameter ser. It makes sense to arrange a particularly small La serdiode, for example with a collimator optics see is. The laser diode can be directly behind the photodio Denarray be arranged, which is conveniently with egg nem centrally arranged laser beam passage is provided.

Bei dieser kompakten Meßanordnung befindet sich ein Filter im Strahlengang. An der Unterseite des Gehäuses sind Düsen vorgesehen, um mit Hilfe eines Luft- oder auch Wasserstro mes Suspensionsspritzer vom Filter fernzuhalten. Diese Meßanordnung ist mit besonders geringem Aufwand herzustellen.There is a filter in this compact measuring arrangement in the beam path. There are nozzles on the bottom of the housing provided to with the help of an air or water stream Keep the sprayer away from the filter. These Measuring arrangement is particularly easy to manufacture.

Aus dem Meßsignalverlauf ist auch erkennbar, wenn eine Ero sionsrinne gebildet ist und ein gleichmäßiges Befüllen des Trennapparates und ein gleichmäßiges Filtrieren der Suspen sion nicht mehr gewährleistet ist.From the measurement signal curve it can also be seen if an Ero Sionsrinne is formed and an even filling of the Separator and even filtering of the suspensions sion is no longer guaranteed.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung wei ter beschrieben. In diesen zeigen in stark schematisierter WeiseThe invention is based on a drawing ter described. In these show in a highly schematic wise

Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau einer erfin dungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung des Zeit punktes oder des Ortes Flüssigkeitseintrittes in einen Filterkuchen oder zur Bestimmung des Flu tens bei Schubzentrifugen; Fig. 1 shows a basic structure of an OF INVENTION to the invention arrangement for determining the time or place liquid entrance into a filter cake, or for the determination of at least Flu pusher centrifuges;

Fig. 2 einen charakteristischen Verlauf des Meßsignals der Anordnung für Fig. 2 shows a characteristic curve of the measurement signal of the arrangement for

a) a liquid surface
b) a filter cake surface
c) a liquid surface with foam;

Fig. 3 einen Teil einer erfindungsgemäßen Anordnung; Fig. 3 shows a part of an inventive arrangement;

Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung mit einem über einen Lichtleiter in den Strahlengang einge speisten Laserstrahl; Fig. 4 shows a further arrangement of the invention with an inserted via an optical fiber into the beam path supplied laser beam;

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Laser strahlaufweitung; Fig. 5 shows an arrangement according to the invention with a laser beam expansion;

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Laser-Reflexions-Messung mit direk ter Be- und Rückstrahlung und Fig. 6 is a vertical section through an arrangement according to the invention for laser reflection measurement with direct radiation and reflection and

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Fotodiodenarrays der Anordnung gemäß Fig. 6. Fig. 7 is a schematic view of a photodiode array of the arrangement according to Fig. 6.

In Fig. 1 ist das Meßprinzip einer erfindungsgemäßen Anord nung zur Bestimmung des Zeitpunktes des Flüssigkeitsein trittes in einen Filterkuchen oder zur Bestimmung des Flutens bei Schubzentrifugen in stark schematisierter Weise dargestellt. Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus ei nen Laser 10, beispielsweise einem Halbleiterlaser , einem mit einer Bohrung 22 versehenen Spiegel 20, einem Linsensy stem 16 und einem lichtempfindlichen Bauelement 25, einem Fotodetektor, beispielsweise einer Silizium-Fotodiode. Der Bereich einer Fest-Flüssig-Trenneinrichtung, in dem ein Filterkuchen 5 beispielsweise infolge von Zentrifugalbe schleunigung gebildet wird, ist in stark vereinfachter Wei se als rotierender Teller 4 dargestellt. In Fig. 1, the principle of measurement of an arrangement according to the invention for determining the point in time of the liquid entering a filter cake or for determining the flooding in pusher centrifuges is shown in a highly schematic manner. The arrangement according to the invention consists of a laser 10 , for example a semiconductor laser, a mirror 20 provided with a bore 22 , a lens system 16 and a light-sensitive component 25 , a photodetector, for example a silicon photodiode. The area of a solid-liquid separating device in which a filter cake 5 is formed, for example as a result of centrifugal acceleration, is shown in a greatly simplified manner as a rotating plate 4 .

Der Laser 10 ist nahezu senkrecht zu einer Oberfläche 7 des Filterkuchens 5 angeordnet. Der Spiegel 20 ist in einem Winkel von nahezu 45° zum einfallenden Laserstrahl 12 in einem geringen Abstand zum Laser 10 montiert. Der Spiegel 20 ist mit einer mittigen Bohrung 22 versehen, die etwas größer als der Querschnitt des Laserstrahls 12 ist. Der La serstrahl 12 fällt durch die Bohrung 22 des Spiegels 20 auf die Oberfläche 7, wird reflektiert und trifft, da der Ein fallswinkel des Laserstrahls 12 nicht exakt 90° beträgt, nahe der Bohrung 22 auf den Spiegel 20. Der Spiegel 20 muß so schmal sein, daß das an der sich bewegenden Wasser oberfläche 7 reflektierte Strahlenbündel 14 periodisch auf den Spiegel 20 trifft, über den Spiegel hinaus abgelenkt wird und so das für eine Flüssigkeitsoberfläche typische, pulsförmige Signal erzeugt. Das Strahlenbündel wird in paralleler Richtung auf ein Linsensystem 16, beispielsweise eine Sammellinse 16, umgelenkt.The laser 10 is arranged almost perpendicular to a surface 7 of the filter cake 5 . The mirror 20 is mounted at an angle of almost 45 ° to the incident laser beam 12 at a short distance from the laser 10 . The mirror 20 is provided with a central bore 22 which is slightly larger than the cross section of the laser beam 12 . The laser beam 12 falls through the bore 22 of the mirror 20 onto the surface 7 , is reflected and strikes, since the angle of incidence of the laser beam 12 is not exactly 90 °, near the bore 22 on the mirror 20th The mirror 20 must be so narrow that the reflected on the moving water surface 7 beam 14 periodically strikes the mirror 20 , is deflected beyond the mirror and so generates the typical pulse signal for a liquid surface. The beam of rays is deflected in the parallel direction onto a lens system 16 , for example a converging lens 16 .

Im Brennpunkt der Sammellinse 16 ist ein lichtempfindliches Bauelement 25, beispielsweise eine Fotozelle, angeordnet, in der eine der Lichtintensität der reflektierten Laser strahlen 14 proportionale Spannung erzeugt wird. Das licht empfindliche Bauelement 25 ist lösbar befestigt, so daß es in den Brennpunkt der Sammellinse 16 justiert werden kann. Zwischen der Sammellinse 16 und der Fotozelle ist ein Grau filter 17 angeordnet, das zur Einstellung des Meßbereiches dient.At the focal point of the converging lens 16 , a light-sensitive component 25 , for example a photocell, is arranged in which a voltage proportional to the light intensity of the reflected laser beams 14 is generated. The light-sensitive component 25 is releasably attached so that it can be adjusted in the focal point of the converging lens 16 . A gray filter 17 is arranged between the converging lens 16 and the photocell and is used for setting the measuring range.

Fig. 2 zeigt typische Signalformen der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Fotozelle erzeugt eine der Intensität des reflektierten Lichtstrahles proportionale Spannung, deren zeitlicher Verlauf in der Fig. 2 dargestellt ist. Fig. 2 shows typical waveforms of the arrangement according to the invention. The photocell generates a voltage proportional to the intensity of the reflected light beam, the time course of which is shown in FIG. 2.

Fig. 2a zeigt den typischen Signalverlauf für eine Messung an einer Flüssigkeitsoberfläche. Durch die Wellenbewegung der Flüssigkeitsoberfläche trifft das reflektierte Strah lenbündel periodisch auf die Fotozellen und erzeugt so die gepulste Signalform. Fig. 2a shows a typical waveform for a measurement on a liquid surface. Due to the wave motion of the surface of the liquid, the reflected beam of rays periodically strikes the photocells and thus generates the pulsed signal shape.

In Fig. 2b ist das typische Signal zu sehen, das entsteht, wenn das gerichtete Strahlenbündel an einer trockenen Fil terkuchenoberfläche reflektiert wird. Das gerichtete Strah lenbündel wird diffus reflektiert und ein annähernd kon stanter Anteil trifft die Fotozelle.In Fig. 2b the typical signal can be seen, which arises when the directed beam is reflected on a dry filter cake surface. The directional beam is reflected diffusely and an almost constant portion hits the photocell.

In Fig. 2c ist, ähnlich wie in Fig. 2a, der Signalverlauf bei Spiegelung an einer Flüssigkeitsoberfläche dargestellt, die in diesem Fall allerdings durch Schaum bedeckt wird.Is shown in Fig. 2c, similar to FIG. 2a, the waveform at reflection in a liquid surface shown, which however is covered by foam, in this case.

In Fig. 3 ist eine gewöhnliche Sendeeinrichtung 30 zur Er zeugung elektromagnetischer Wellen 31 gezeigt. Zur Erzeu gung eines gerichteten Strahlenbündels 32 dient die Anord nung von Linsen 34 und Blenden 36. Das gerichtete Strah lenbündel 32 trifft auf die sich bewegende Flüssigkeits oberfläche 7. Zur Verstärkung der Wellenbewegung 9 dient der hier schematisch dargestellte Tropfmechanismus 39. Der zur Anordnung gehörende Empfänger ist hier nicht darge stellt.In Fig. 3, an ordinary transmitter 30 for generating electromagnetic waves 31 is shown. To generate a directed beam 32 , the arrangement of lenses 34 and apertures 36 serves. The directional beam bundle 32 meets the moving liquid surface 7th The drip mechanism 39 shown schematically here serves to amplify the wave motion 9 . The receiver belonging to the arrangement is not shown here.

Die Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in abge wandelter Form. Bei dieser Variante wird ein in einem Laser 10, insbesondere einer Laserdiode, emittierter Laserstrahl 12 über einen Lichtleiter 40 eingespeist. Als Lichtleiter wird eine Glasfaser verwendet, die so abgebogen wird, daß der Laserstrahl senkrecht auf die Filterkuchenoberfläche und zum lichtempfindlichen Bauelement, einer Fotodiode 48 austreten kann. An der Lichtaustrittsseite ist der Licht leiter 40 in einer Bohrung 42 eines Linsensystems 46 ange ordnet, welches aus der divergierenden Laserstrahlung eine konvergierende Laserstrahlung erzeugt. Der reflektierende Lichtstrahl 14 wird über ein Filter 44 im Linsensystem 46 gebündelt und trifft auf die Fotodiode 48. Der Erfassungs winkel dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist zur deutli cheren Darstellung überproportional groß dargestellt. Da die Laserlichtquelle nicht am Meßort angeordnet sein muß, ist diese Anordnung besonders für Schubzentrifugen geeig net. Fig. 4 shows an arrangement according to the invention in modified form. In this variant, a laser beam 12 emitted in a laser 10 , in particular a laser diode, is fed in via a light guide 40 . A glass fiber is used as the light guide, which is bent so that the laser beam can exit perpendicularly to the filter cake surface and to the light-sensitive component, a photodiode 48 . At the light exit side, the light guide 40 is arranged in a bore 42 of a lens system 46 , which generates a converging laser radiation from the diverging laser radiation. The reflecting light beam 14 is bundled via a filter 44 in the lens system 46 and strikes the photodiode 48 . The detection angle of this arrangement according to the invention is shown disproportionately large for clearer representation. Since the laser light source does not have to be arranged at the measuring location, this arrangement is particularly suitable for pusher centrifuges.

In Fig. 5 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung des Zeitpunktes des Flüssigkeits eintrittes in einen Filterkuchen gezeigt. Ein Laserstrahl 12 eines Lasers 10 wird mit Hilfe von zwei Linsen 52, 53 (Achromaten) aufgeweitet und durch einen Spiegel 20 auf eine Oberfläche eines Filterkuchens bzw. einer Suspen sionsflüssigkeit umgelenkt. Die reflektierten Strahlen 14 gelangen durch ein Filter 44 und durch eine Bohrung 22 des Spiegels 20 auf eine Fotodiode 48. Der Vorteil des mit die ser Anordnung realisierbaren Meßprinzips - eine Laserstrah laufweitung und eine Messung des reflektierten Lichtes mit einer kleinen Fläche - besteht darin, daß auch bei größeren Filterkuchen-Unebenheiten, bei Filterkuchen-Rissen oder bei zerklüfteter Fläche oder auch bei Suspensionswellen trotz der damit verbundenen kurzfristigen Auslenkung der Strahlen eine bessere Strahlerfassung möglich ist, da auf die Foto diode von mehreren Stellen der zu bestimmenden Oberfläche reflektierte Lichtstrahlen auftreffen.In Fig. 5 shows a further variant of an inventive arrangement for determining the time of occurrence of the liquid shown in a filter cake. A laser beam 12 of a laser 10 is expanded with the aid of two lenses 52 , 53 (achromatic lenses) and deflected by a mirror 20 onto a surface of a filter cake or a suspension liquid. The reflected rays 14 pass through a filter 44 and through a bore 22 of the mirror 20 to a photodiode 48 . The advantage of the measuring principle that can be realized with this arrangement - a laser beam expansion and a measurement of the reflected light with a small area - is that even with larger filter cake bumps, with filter cake cracks or with a jagged area or even with suspension waves despite this associated short-term deflection of the beams, a better beam detection is possible, since reflected light rays strike the photo diode from several locations on the surface to be determined.

In Fig. 6 ist eine besondere bevorzugte Anordnung zur La ser-Reflexions-Messung in Fest-Flüssig-Trenneinrichtungen anhand eines besonders kleinen, kompakten Meßaufnehmers 50 dargestellt. In einem wasserdichten Gehäuse 51 ist eine La serdiode 11 hinter einem Fotodiodenarray 54 angeordnet. Zum Aufbau des Fotodiodenarrays 54 (Fig. 7) wurden vier Foto dioden 48 mit einer aktiven Fläche von 10 mm × 10 mm ver setzt angeordnet, so daß ein Laserstrahldurchgang 56 in der Mitte des Fotodiodenarrays zur direkten Bestrahlung einer Filterkuchenoberfläche gebildet ist. Die Laserdiode 11 strahlt direkt auf die Filterkuchenoberfläche und der re flektierte Lichtstrahl fällt ebenfalls direkt auf die Foto dioden 48. Lediglich ein Filter 44 befindet sich im Strah lengang. Dieser Filter 44 dient der Abfilterung von IR- Licht sowie als Spritzschutz für die Optik. An der unteren Seite des Meßaufnehmers 50 sind Düsen 55, beispielsweise in einem Halbkreis über den Umfang verteilt, angeordnet, aus denen Luft zum Fernhalten von Suspensionsspritzern strömt.In Fig. 6 a particular preferred arrangement for La ser-reflection measurement in the solid-liquid separating means is based on a particularly small, compact measuring transducer 50 is shown. In a waterproof housing 51 , a laser diode 11 is arranged behind a photodiode array 54 . To build the photodiode array 54 ( FIG. 7), four photo diodes 48 with an active area of 10 mm × 10 mm were arranged so that a laser beam passage 56 is formed in the center of the photodiode array for direct irradiation of a filter cake surface. The laser diode 11 radiates directly onto the filter cake surface and the reflected light beam also falls directly onto the photo diodes 48 . Only one filter 44 is in the beam path. This filter 44 is used for filtering IR light and as a splash guard for the optics. On the lower side of the measuring sensor 50 there are nozzles 55 , for example distributed in a semicircle over the circumference, from which air flows to keep suspension splashes away.

Ein Meßaufnehmer 50 wurde zur Bestimmung des Flutens in ei ne Schubzentrifuge nahe an der Abbruchkante in Richtung Einlaufzone eingebaut.A sensor 50 was installed to determine the flooding in a thrust centrifuge near the edge in the direction of the inlet zone.

Wird der Laserstrahl auf der welligen Flüssigkeitsoberfläche reflektiert, wird in statistischer Reihenfolge nur jeweils eine Fotozelle vom reflektierten Strahl getroffen.The laser beam is on the wavy liquid surface reflected, is only in statistical order hit a photocell from the reflected beam.

Claims

1. Arrangement for monitoring a solid-liquid separation device, in particular for separating a liquid from a suspension to form a filter cake ( 5 ), with a transmitter ( 6 ) for emitting waves and a receiver ( 8 ) for measuring the reflected waves above a surface to be monitored, characterized in that
that the waves are electromagnetic waves ( 31 ), that the transmitting device ( 6 ) emits the electromagnetic waves as a directed beam ( 12 , 32 ),
that the receiver ( 8 ) has a component ( 25 ) which detects the reflected electromagnetic waves, and
that the component which detects the reflected electromagnetic waves is arranged in the region of the directed beam ( 14 ) reflected on the surface ( 7 ).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the transmitting device ( 6 ) for emitting the ge directed beam of electromagnetic waves is a laser ( 10 ).

3. Arrangement according to claim 1, characterized, that the component that reflected the electromagnetic waves proves a light sensitive component.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that a system of lenses ( 34 ) and diaphragms ( 36 ) for generating the directed beams ( 32 ) is arranged in front of a transmitter ( 30 ) for emitting electromagnetic waves ( 31 ).

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the directed beam ( 12 , 32 ) is directed perpendicularly to the surface to be monitored ( 7 , 9 ).

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the light-sensitive component ( 25 ) around the exit point ( 56 ) of the directed beam from the measuring arrangement is arranged.

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a signal after reflection of the directed beam ( 12 ) is measured on a liquid surface ( 7 ) and that the signal has a peak shape.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that a device ( 38 ) for generating a wave movement on the liquid surface ( 7 , 9 ) is provided to reinforce the peak shape.

10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a laser ( 10 ), the incident beam ( 12 ) is directed at an acute angle to the surface perpendicular to the filter cake surface ( 5 ) is attached to a holder that a mirror ( 20 ), which has a bore ( 22 ) for the incident light beam ( 12 ) for deflecting the reflected laser beams ( 14 ) near the laser light source ( 10 ), and that a lens system () in the beam path of the deflected laser beams ( 14 ) 16 ) is provided, in the focal point of which a photosensitive component ( 25 ) is angeord net.

11. The arrangement according to claim 10, characterized in that the mirror ( 22 ), which is mounted at an angle of about 45 degrees to the vertical, is adjustable for adjusting the angle of incidence of the laser beams ( 12 ) and that the bore ( 22 ) the cross section of the incident laser beam ( 12 ) corresponds.

12. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that a laser diode ( 11 ) which is attached to the outer housing of a solid-liquid separation device is coupled to a glass fiber ( 40 ) that the glass fiber ( 40 ) with a Light exit opening extends into a bore ( 42 ) of a lens system ( 48 ), which is arranged above and parallel to the filter cake surface as a converter of the reflected rays ( 14 ), that the incident laser beam is directed perpendicular to the surface of the filter kitchen and that a photodiode connected to an evaluation unit ( 48 ) behind the lens system ( 46 ) and in the beam path of the reflected, bundled laser beams ( 14 ) is arranged.

13. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between a mirror ( 20 ) and a laser ( 10 ) lenses ( 52 , 53 ) for expanding the laser beam ( 12 ) are arranged that the mirror ( 20 ) for deflecting the widened laser beam ( 12 ) on the Filterku surface and in the beam path of the reflected, widened laser beam ( 12 ) is arranged and that in the mirror ( 20 ) along the vertical surface a limiting bore ( 22 ) is formed, in its loading area on the back of the mirror ( 20 ) a photo diode ( 48 ) is arranged.

14. Arrangement one of claims 5 to 12, characterized in that a large-area photodiode array ( 54 ) of staggered photodiodes ( 48 ) is arranged parallel to the filter cake surface, that on the back of the photodiode array ( 54 ) and in the area egg nes center, by the offset arrangement of the photo diode-formed passage ( 56 ) a laser ( 10 ) with Kolematoroptik is provided and that the Fotodio ( 48 ) of the photodiode array ( 54 ) in the beam path of the laser beam reflected from the filter cake surface are arranged.

15. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a filter ( 44 ) in front of the light-sensitive component ( 25 , 48 , 54 ) is arranged.

16. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a watertight housing ( 51 ) is provided which has a flushing device with air or water nozzles ( 55 ), and that the air or water nozzles ( 55 ) to one Filter cake surface white send, lower side of the filter ( 44 ) or the light-sensitive component ( 25 , 48 , 54 ) are directed.